(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線照射によりシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際の前記パターンのシュリンク前形状推定方法において、
前記物質で形成されたパターンの電子線照射前断面形状データと、様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と、様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群と、前記電子線照射前断面形状データと前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群とを用いて作成されるシュリンクモデル及び前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と前記様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群とを用いて作成される、ＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデルとを含むシュリンクデータベースを準備するステップと、
前記物質で形成された被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記ＣＤ−ＳＥＭ画像と前記シュリンクデータベースのデータとを用いて前記被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定し、出力することを特徴とするシュリンク前形状推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシュリンク前形状推定方法において、
前記シュリンクデータベースは、様々な形状、様々な物質のパターンのデータを含むことを特徴とする、シュリンク前形状推定方法。
【請求項３】
請求項２に記載のシュリンク前形状推定方法において、
前記シュリンクデータベースを構成する前記電子線照射前断面形状データと前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群は、前記パターンを収束イオンビーム加工法で断面試料に加工し、透過電子顕微鏡で観察することにより取得されることを特徴とするシュリンク前形状推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のシュリンク前形状推定方法において、
前記パターンは、前記収束イオンビーム加工法で加工される前に、前記パターンの表面に、前記パターンを構成する物質よりも原子番号の大きい物質の境界膜と、更にその上に保護膜とを成膜することを特徴とするシュリンク前形状推定方法。
【請求項５】
請求項３に記載のシュリンク前形状推定方法において、
前記断面試料は、電子線照射領域と電子線未照射領域とを含むことを特徴とするシュリンク前形状推定方法。
【請求項６】
電子線源と、被測定試料を載置する試料台と、前記電子線源から放出された電子を前記試料台に載置される試料に照射する電子光学系と、前記試料から放出される二次電子に基づいて画像処理を行なう制御処理部とを備えたＣＤ−ＳＥＭ装置であって、
更に、電子線照射によりシュリンクする物質で形成されたパターンがシュリンクする前の形状を推定するために、前記物質で形成されたパターンの電子線照射前断面形状データと、様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と、様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群と、前記電子線照射前断面形状データと前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群とを用いて作成されるシュリンクモデル及び前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と前記様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群とを用いて作成される、ＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデルとを含むシュリンクデータベースを有することを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＣＤ−ＳＥＭ装置において、
前記シュリンクデータベースは、様々な形状、様々な物質のパターンのデータを含むことを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＣＤ−ＳＥＭ装置において、
前記シュリンクデータベースを構成する前記電子線照射前断面形状データと前記様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群は、前記パターンを収束イオンビーム加工法で断面試料に加工し、透過電子顕微鏡で観察することにより取得されるものであることを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＤ−ＳＥＭにおいて、
前記パターンは、前記収束イオンビーム加工法で加工される前に、前記パターンの表面に、前記パターンを構成する物質よりも原子番号の大きい物質の境界膜と、更にその上に保護膜とが成膜されたものであることを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のＣＤ−ＳＥＭ装置において、
前記シュリンクデータベースは、前記制御処理部に含まれることを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のＣＤ−ＳＥＭ装置において、
前記制御処理部に接続され、電子線照射によりシュリンクする物質で前記被測定試料上に形成された被測定パターンのシュリンク前後での断面形状を表示する表示部を更に有することを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｒＦ液浸露光技術は、次世代技術であるＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）リソグラフィの実用化が遅れていることから次世代への延命が必要となっており、解像限界近傍で露光するようになってきている。
【０００３】
そのため光の近接効果を考慮した、マスクパターンの補正技術であるＯＰＣ（Optical Proximity Correction）が必須技術となってきている。ＯＰＣ工程では、実際にマスクパターンを転写したものを計測し、修正を加えていく必要がある。特にホットスポットと呼ばれる露光パターン内で欠陥が発生しやすい特定箇所の測長が重要となることから、ＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope）によるパターン寸法管理が重要性を増している。
【０００４】
ＣＤ−ＳＥＭを用いてＡｒＦレジストを測長すると、電子線照射によりレジストがシュリンクするため、高精度な測長にはシュリンク量の正確な把握が必要である。
【０００５】
また、レジストの断面形状は、レジストをマスクとして加工する次のプロセスの形状に大きく影響する。例えばレジストの側壁が裾を引いていたり、くびれが生じていたりすると、加工寸法の精度を悪化させる。そのため、レジストの幅寸法を測長するだけでなく、レジストの断面形状まで計測する必要性が高まっている。
【０００６】
ＣＤ−ＳＥＭ測長時のレジストのシュリンク量を推定する方法としては、特許文献１に示される方法が知られている。これは、レジストパターン幅をＣＤ−ＳＥＭで複数回測定して、測定回数とレジストパターン幅の変化量との関係（シュリンクカーブ）を導くことにより、シュリンク量を算出する方法である。
【０００７】
ＳＥＭ画像を用いて断面形状情報を得る方法については、例えば特許文献２に示される方法がある。特許文献２の方法は、露光プロセス、あるいはエッチングプロセスにおいて、被評価パターンのＳＥＭ像から、被評価パターンの断面形状、プロセス条件、デバイス特性を推定するのに有効な画像特徴量を算出し、前記画像特徴量をあらかじめデータベースに保存しておいたパターンの断面形状、プロセス条件、デバイス特性とＳＥＭ画像から算出した前記画像特徴量とを関連付ける学習データに照合することにより、被評価パターンの断面形状、プロセス条件、デバイス条件、を算出する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５７０３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明者等は、特許文献１に示される方法でシュリンク量を求めたところ、今後必要となる微細なパターン寸法においては誤差が大きいことを見出した。そこで、その原因について検討した。その結果、特許文献１に示されるようなレジストパターンの複数回の測定によるシュリンク量推定方法では、レジスト幅の測定回数増加に伴いレジストと反射防止膜の変形が進んでいくこと、レジスト高さも変化していくことから、測長するレジスト幅のレジスト高さに対する測定位置も変化すること、例えば、測定回数が少ない時はレジストの半分の高さの位置を測定していたものが、測定回数が増加するに従って、レジストの上部（例えば３／４の高さ）を測定するようになる、といったことが起こること、このため、シュリンクカーブを用いる方法では、シュリンク量の推定誤差が大きいということが分かった。
【００１０】
また、ＣＤ−ＳＥＭ観察ではパターンを上部から観察しているため、断面形状を計測することは困難である。
【００１１】
特許文献２等に示されるＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状のデータベースを用いた推定方法では、ＣＤ−ＳＥＭ画像取得時のレジストシュリンクが考慮されていない。データベースとなるＣＤ−ＳＥＭ画像は、画像取得時に電子線を照射しているため、シュリンク後のレジスト形状となるが、同じくデータベースとなる断面ＳＥＭやＡＦＭ（Atomic Force Microscope）、等の分析やリソシミュレータ等から得た断面形状は、ＣＤ−ＳＥＭ観察した箇所のものではなく、電子線を照射する前のもの、すなわちシュリンク前のものである。これは、レジストパターンが微細であること、ＣＤ−ＳＥＭで観察する領域が非常に小さいこと、レジストが電子線や熱などに弱いこと、等の理由によりＣＤ−ＳＥＭで観察した領域の断面形状を直接観察することが困難なためである。このため、レジストのようなシュリンクする材料を計測する場合には、データベースとなるＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状は同じ形状を測定したものではないため、精度のよい推定が難しいことが分かった。
【００１２】
本発明の目的は、電子線照射によってシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際、前記パターンがシュリンクする前のパターン寸法を高精度に推定可能なシュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。  
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電子線照射によりシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際の前記パターンのシュリンク前形状推定方法において、前記物質で形成されたパターンの電子線照射前断面形状データと、様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と、様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群と、これらのデータを用いて作成されるシュリンクモデル及びＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデルとを含むシュリンクデータベースを準備するステップと、前記物質で形成された被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像を取得するステップと、前記ＣＤ−ＳＥＭ画像と前記シュリンクデータベースのデータとを用いて前記被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定し、出力することを特徴とするシュリンク前形状推定方法とする。
【００１４】
また、電子線源と、被測定試料を載置する試料台と、前記電子線源から放出された電子を前記試料台に載置される試料に照射する電子光学系と、前記試料から放出される二次電子に基づいて画像処理を行なう制御処理部とを備えたＣＤ−ＳＥＭ装置であって、更に、電子線照射によりシュリンクする物質で形成されたパターンがシュリンクする前の形状を推定するために、前記物質で形成されたパターンの電子線照射前断面形状データと、様々な電子線照射条件で得られる断面形状データ群と、様々な電子線照射条件で得られるＣＤ−ＳＥＭ画像データ群と、これらのデータを用いて作成されるシュリンクモデル及びＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデルとを含むシュリンクデータベースを有することを特徴とするＣＤ−ＳＥＭ装置とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シュリンクデータベースを用いることにより、電子線照射によってシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際、前記パターンがシュリンクする前のパターン寸法を高精度に推定可能なシュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することができる。
【００１６】
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第1の実施例に係るシュリンク前形状推定方法のフロー図である。
【図２】本発明の第1の実施例に係るＣＤ−ＳＥＭ装置の概略全体構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第1の実施例に係るＣＤ−ＳＥＭ装置におけるシュリンクデータベースの説明図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すシュリンクデータベースにおけるシュリンクモデルの作成手順及びＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデルの作成手順の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るシュリンク前形状推定方法におけるＣＤ−ＳＥＭ観察箇所のパターンの断面形状観察方法のフローを示す図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施例で用いたサンプルの例を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示すサンプルのＳＴＥＭを用いた断面観察の模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに示す断面模式図の要部拡大図である。
【図５Ｄ】図５Ｃの断面模式図におけるレジスト輪郭線を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施例で用いたサンプル上に形成したレジスト断面形状の模式図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すレジストのレジスト形状測長値の測定回数依存性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係るシュリンク前形状推定方法のフロー図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係るシュリンク前形状推定方法のフロー図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係るＣＤ−ＳＥＭ装置における出力画面の一例である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係るＣＤ−ＳＥＭ装置における出力画面の一例である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るＣＤ−ＳＥＭ装置における出力画面の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図２は本実施例のＣＤ−ＳＥＭ装置の構成図の例である。高電圧制御部２１１により設定された所定の加速電圧、電流の一次電子２０２が電子銃２０１から放出される。放出された一次電子２０２は収束レンズ制御部２１３で制御された収束レンズ２０３で収束され、絞り２０４を通って一次電子２０２の不要な領域が除去される。
【００２０】
その後、対物レンズ制御部２１６で制御された対物レンズ２０６により一次電子２０２はサンプル２０７上に収束され、偏向コイル制御部２１５によって制御された偏向コイル２０５でサンプル２０７上を走査する。サンプル２０７はステージ２０８上に固定されており、ステージ２０８はステージ制御部２１８によって移動が制御され、サンプル２０７上の任意箇所に一次電子２０２を照射することができる。
【００２１】
一次電子２０２の照射によってサンプル２０７から発生した二次電子２２０は二次電子検出器２２１によって検出され、Ａ／Ｄ変換器２２２によってデジタル信号に変換され、制御処理部２３０内のメモリ２３２に格納されＣＰＵ２３１で目的に応じた画像処理、例えばラインプロファイルの取得等が行われる。
【００２２】
制御処理部２３０は、ＣＰＵ２３１とメモリ２３２から構成される。制御処理部２３０により高電圧制御部２１１、収束レンズ制御部２１３、偏向コイル制御部２１５、対物レンズ制御部２１６、ステージ制御部２１８の各制御部が制御され、一次電子線２０２の加速電圧、電流、走査速度、走査回数、倍率、等の任意の測定条件やサンプル２０７上の測定箇所が設定されるとともに、前記測定条件や前記測定箇所は、測定した二次電子２２０によるＣＤ−ＳＥＭ画像とともに制御処理部２３０のメモリ２３２に格納される。
【００２３】
制御処理部２３０に接続されたデータ入出力部２３３は制御処理部２３０とオペレータとを接続するものであり、オペレータは前述の各部位の制御をデータ入出力部２３３からの入力を介して行う。また、前述の測定条件や測定箇所の設定も、データ入出力部２３３を介して行うことができる。また、一次電子２０２をサンプル２０７上で二次元的に走査し、発生した二次電子信号を走査位置に対応する二次元配列になるよう制御処理部２３０で制御することで、試料（サンプル）の表面形状に対応した二次元画像（ＣＤ−ＳＥＭ画像）をデータ入出力部２３３から出力表示することができる。また、得られた二次元のＣＤ−ＳＥＭ画像からＣＰＵ２３１によりラインスペクトルなどのＣＤ−ＳＥＭ画像の特徴量を得ることもできる。
【００２４】
制御処理部２３０に接続されたシュリンクデータベース２４０は、あらかじめ測定された電子線照射によりシュリンクする材料で形成されたパターンのＣＤ−ＳＥＭ画像と、前記ＣＤ−ＳＥＭ画像に対応するパターン箇所断面の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像を元につくられており、ＣＤ−ＳＥＭ画像からシュリンク前のパターン形状を推定することに用いるデータベースである。詳細は別図を用いて後述する。図２では、シュリンクデータベース２４０を解析処理部２３０とは別のユニットとして図示しているが、制御処理部２３０に含む構成としても効果は変わらない。
【００２５】
図２のＣＤ−ＳＥＭ装置を用いて取得されたサンプル上に形成されたパターンのＣＤ−ＳＥＭ画像を、シュリンクデータベース２４０を元に、制御処理部２３０のＣＰＵ２３１を用いて解析処理することにより、ＣＤ−ＳＥＭ画像からシュリンク前のパターン形状を推定し、パターンの形状や寸法をデータ入出力部２３３から出力することができる。出力するパターンの形状や寸法は、データ入出力部２３３からの入力により指定することができる。
【００２６】
ＣＤ−ＳＥＭによるパターン形状測定時には、サンプル上に形成されたパターンへの電子線照射は避けられない。このため、電子線照射によりシュリンクする材料で形成されたパターンのＣＤ−ＳＥＭ画像は、シュリンクした後の形状を測定したものになってしまう。これに対して、シュリンクデータベース２４０を用いてシュリンク後のＣＤ−ＳＥＭ画像を解析することにより、シュリンク前の形状や寸法を推定することができる。これにより、精度のよいパターン形状や寸法を推定できるＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することが可能となる。
【００２７】
シュリンクデータベースを用いた解析処理時には、図２のＣＤ−ＳＥＭ装置でサンプル上のパターンの任意の箇所を１回もしくは複数回測定したＣＤ−ＳＥＭ画像を利用する。前記ＣＤ−ＳＥＭ画像取得の測定条件を含むシーケンスをレシピとしてメモリ２３２に格納しておくことで、前記レシピの内容に沿って測定を行うことが可能である。また前記レシピでは、前述の任意の箇所の測定に限らず、複数箇所の測定等、任意の測定条件シーケンスを設定することもできる。
【００２８】
次に本実施例のフローを図１に基づき説明する。半導体基板上にＡｒＦ用のレジストによって形成された任意のパターンを測定する例である。
【００２９】
最初に、サンプル情報、装置情報を入力する（ステップＳ１０１）。サンプル情報は、サンプル名、レジストの材料、パターンの設計寸法、等のサンプルに関わる情報であるが、入力が可能な項目のみを入力すればよい。装置情報は、電子線の加速電圧や電流、走査方法、測定倍率等の測定条件である。
【００３０】
次に装置情報で入力した測定条件に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像群を取得する（ステップＳ１０２）。ＡｒＦレジストはＣＤ−ＳＥＭ測定によりシュリンクするため、被測定パターンの同一箇所を複数回ＣＤ−ＳＥＭ測定して複数枚の画像を取得すると、シュリンク量の異なる複数枚のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。
【００３１】
例えば、測定条件を電子線のエネルギーを５００Ｖ、電流を８ｐＡ、倍率を２０万倍、電子線照射回数を４回、８回、１６回、３２回、６４回として、それぞれの電子線照射回数積算した画像を取得する。
【００３２】
この複数のＣＤ−ＳＥＭ測定の測定条件は、シュリンクデータベースを作成する際に取得したＣＤ−ＳＥＭ測定条件に含まれる条件であることが望ましい。取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像からそれぞれラインプロファイル等の画像の特徴量を取得する。
【００３３】
次にあらかじめ作成しておいたシュリンクデータベースとステップＳ１０２で取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像とをパターンマッチング（照合）処理する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２で取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像から得たラインプロファイルなどの画像特徴量と、シュリンクデータベースとをパターンマッチング処理してもよい。
【００３４】
パターンマッチング処理では、例えば、シュリンクデータベース中のシュリンクモデルやＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との相関モデル等へ、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像群やその特徴量をあてはめることによって、被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定することができる。
【００３５】
マッチング処理によって得られた被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を出力する（ステップＳ１０４）。パターンの形状は、二次元もしくは三次元、もしくは二次元、三次元の両方で画像表示することが可能であり、パターンの寸法としては、レジストの高さ、レジストの各高さに対する幅、上部のラウンド形状や下部の裾引き形状、テーパー角などを、オペレータの要求に応じて出力表示することが可能である。
【００３６】
図９に出力画面の例を示す。パターン形状表示（９０１）では、シュリンク前のパターン形状（９０２）やステップＳ１０２で取得した被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像に対応するシュリンク後のパターン形状（９０３）を表示する。図９ではシュリンク前のパターン形状と複数のシュリンク後のパターン形状を重ね書きしているが、表示方法はこの限りではなく、パターン形状をそれぞれ個別に表示してもよい。またパターン形状は３次元表示としてもよく、二次元表示と三次元表示の両方で表示しても良い。
【００３７】
測長値表示（９０５）では、レジスト高さや任意のレジスト高さにおける幅、テーパー角などのパターン形状の数値表示（９０６）をする。レジスト幅の測長位置は、レジスト高さに対する割合の指定箇所（９０７）に入力することにより、測長したいレジスト高さに対する幅の値を出力することができる。レジスト幅の測長位置は３か所に限らない。測定位置が理解しやすいように、測長位置の模式図（９０４）を合わせて表示してもよい。
【００３８】
以上のフローにより、ＣＤ−ＳＥＭでは観察することのできないシュリンク前の形状や寸法を推定し、出力することが可能になる。
【００３９】
次にシュリンクデータベースについて図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。図３Ａはシュリンクデータベースの構成の例を示す図である。シュリンクデータベース（３１１）は、データ群（３１２）とモデル（３１６）から構成される。
【００４０】
データ群（３１２）は、電子線照射前断面形状（３１３）、様々な電子線照射条件の断面形状（３１４）、様々な電子線照射条件のＣＤ−ＳＥＭ画像（３１５）の各データから構成され、モデル（３１６）はシュリンクモデル（３１７）、ＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデル（３１８）で構成される。
【００４１】
モデル（３１６）はデータ群（３１２）を元につくられる。シュリンクモデル（３１７）は電子線照射量とシュリンクによる形状変化量との関係をモデル化したものである。ＣＤ−ＳＥＭ画像特徴量と断面形状との相関モデル（３１８）はＣＤ−ＳＥＭ画像の特徴量とパターンの断面形状との関係をモデル化したものであり、ＣＤ−ＳＥＭ画像から断面形状を推定できるものである。このモデル（３１６）を用いることにより、データ群（３１２）に含まれない電子線照射条件やレジスト形状についても、シュリンク前の断面形状や寸法を推定することが可能となる。
【００４２】
本実施例では、データ群の構成要素として電子線照射前断面形状、様々な電子線照射条件の断面形状、様々な電子線照射条件のＣＤ−ＳＥＭ画像を例として示したが、その他のデータを加えても構わない。
【００４３】
また、本実施例ではモデルを構成する要素として、シュリンクモデル、ＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との相関モデルの２つのモデルを例として示したが、モデルはこの限りではない。
【００４４】
図３Ｂはシュリンクデータベースの作成フローの例を示した図である。シュリンクデータベースの作成には、まず様々な形状や様々な材料からなるパターンを作成する（ステップＳ３０１）。様々な形状としては、レジストの幅や高さ、上部のラウンド形状や下部の裾引き形状、テーパー角のうち一つもしくは複数が異なるものであり、様々な材料としては、ＡｒＦ用レジストなどとなる。
【００４５】
ステップＳ３０１で準備したパターンについて、電子線照射前の断面形状のデータを例えばパターン断面のＳＴＥＭ観察によって取得する（ステップＳ３０２）。
【００４６】
また、ステップＳ３０１で準備したパターンについて、様々な電子線照射条件のＣＤ−ＳＥＭ画像データ群を取得する（ステップＳ３０４）。取得したＣＤ−ＳＥＭ画像から、ラインプロファイル等の画像特徴量を得る。電子線照射条件は、例えば、電子線照射エネルギー５００Ｖ、電子線電流８ｐＡ、倍率２０万倍で、電子線照射回数を２回、４回、８回、１６回、３２回、６４回、とし、電子線照射量の異なるＣＤ−ＳＥＭ画像を取得する。これらの画像はシュリンク量が異なるため、形状や材料の違いによるシュリンク傾向の違いをデータとして得ることができる。電子線照射エネルギーや電流、倍率、照射回数等は、例にあげた限りではない。
【００４７】
ステップＳ３０４で取得したＣＤ−ＳＥＭ画像と同条件で電子線照射したレジストパターンの断面形状データを取得する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０４とステップＳ３０３の測定箇所は一致することが望ましいが、電子線の照射条件が同一であれば、必ずしもステップＳ３０４とステップＳ３０３の測定箇所は一致しなくてもよい。ステップＳ３０４でＣＤ−ＳＥＭ測定した箇所のパターンの断面形状を観察するステップＳ３０３の手順の例は、後述する。
【００４８】
ステップＳ３０２で得たシュリンク前のパターンの断面形状とステップＳ３０３で得た電子線照射量の異なるシュリンク後のパターンの断面形状から、電子線照射量とシュリンクによる形状変化量との関係を定量的に解析することによって、シュリンクモデルを作成する（ステップＳ３０５）。このモデルは、ＣＤ−ＳＥＭ観察に起因するシュリンク現象をモデル化したものであり、例えば、電子線照射条件と初期値となる形状データがあれば、ＣＤ−ＳＥＭ観察後の断面形状や寸法だけでなく、ＣＤ−ＳＥＭでは測定不能なシュリンク前の断面形状や寸法を推定することも可能となる。
【００４９】
ステップＳ３０４で得た電子線照射量の異なるＣＤ−ＳＥＭ画像とラインプロファイル等の特徴量と、ステップＳ３０３で得たステップＳ３０４に対応する電子線照射量のパターンの断面形状とを定量的に解析することによって、パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像の特徴量と断面形状との相関モデルを作成する（ステップＳ３０６）。この相関モデルを使用すれば、ＣＤ−ＳＥＭ画像から、対応するＣＤ−ＳＥＭ画像測定条件での断面形状（シュリンク後の断面形状）を推定することが可能となる。
【００５０】
ステップＳ３０６の相関モデルから得たシュリンク後のパターンの断面形状データと電子線照射条件を、ステップＳ３０５のシュリンクモデルへ適用することにより、パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定することが可能となる。
【００５１】
本実施例では、シュリンクデータベースを構成する要素として、シュリンクモデル、ＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との相関モデルの２つのモデルを例として示したが、モデルはこの限りではない。
【００５２】
また本実施例では、ステップＳ３０２、ステップＳ３０３でパターンの断面形状を観察する方法としてＳＴＥＭ観察を用いると記載したが、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等、測定によってシュリンクを引き起こさない方法であれば、その他の観察手法を用いても、同様の効果が得られる。
【００５３】
次に、シュリンクデータベース作製における、ＣＤ−ＳＥＭ観察箇所のパターンの断面形状観察方法を図４のフローと図５の模式図を用いて説明する。本実施例は、収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いたマイクロサンプリングによりＣＤ−ＳＥＭ観察箇所のパターン断面を出し、ＳＴＥＭのＺコントラストモードを用いて観察する例である。
【００５４】
まず、図４を用いてフローを説明する。まず、レジストパターンのＣＤ−ＳＥＭ観察を行う（ステップＳ４０１）。サブナノメートルのパターンを観察するために、観察倍率を２０万倍とすると、約７００ｎｍ角の領域に電子線が照射される。まず、観察倍率２０万倍で電子線照射エネルギー５００Ｖ、照射電流８ｐＡで１６回照射した像を得る。
【００５５】
その後、原子層堆積法（ＡＬＤ法）により、レジストパターン上に酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜を０．５ｎｍから３ｎｍの膜厚で形成する（ステップＳ４０２）。ＦＩＢ（Focused Ion Beam）マイクロサンプリング時には、表面からのダメージを防ぐために一般的に保護膜を形成する。レジストパターン上にカーボンやレジスト等の有機材料系の保護膜を直接成膜した場合には、レジストパターンと保護膜のどちらも軽元素からなるため、ＳＴＥＭのＺコントラスト像ではほぼ同程度のコントラストとなってしまい、両者の境界が不明瞭となる。そこで、保護膜を形成する前に、レジスト上にレジスト材料よりも大きな原子番号の物質であるＨｆＯ２膜を境界膜として適用した。これにより、ＨｆＯ２でふちどられたレジストの輪郭がＳＴＥＭのＺコントラスト像で明瞭に観察できるようになる。
【００５６】
ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、原子層単位で薄膜を形成する方法で、段差被覆性、膜厚均一性、膜厚制御性が高いことが特徴である。このため、レジストパターンの側壁や底部にも均一な膜厚で成膜することができるため、精度よくレジストの輪郭を得ることが可能となる。
【００５７】
ＨｆＯ２膜は一般的には３００℃程度で成膜されるが、１００℃での成膜を試みたところ、３００℃で成膜した膜と比べて不純物量が多いものの、ＳＴＥＭ−Ｚコントラストモードで得られる像のコントラスト比はレジストやカーボン保護膜に対して充分であることが確認された。レジストは一般的に現像後１２０℃から１５０℃程度の温度でポストベークと呼ばれる熱処理を行っているため、１２０℃よりも低い温度である１００℃でＨｆＯ２膜を成膜すればレジストへ熱ダメージを与えることはない。
【００５８】
次にＦＩＢ加工時の第一保護膜として、ＨｆＯ２を成膜したレジストパターン上にカーボン膜を蒸着法で成膜する（ステップＳ４０３）。カーボン膜の膜厚は、第二保護膜成膜時（ステップＳ４０４）においてレジストパターンが保護できる膜厚から、加工パターン箇所が確認できる程度の膜厚までとする。例えば１５０ｎｍとする。
【００５９】
次に、ステップＳ４０１でＣＤ−ＳＥＭ観察した箇所を含む領域に、第二の保護膜としてタングステン膜を約１μｍ成膜する（ステップＳ４０４）。ＣＤ−ＳＥＭ観察箇所が特定できるように、ＦＩＢ装置内で特定箇所のみに成膜する。この時、成膜したタングステン膜上へＣＤ−ＳＥＭ観察箇所が特定できるよう、ＦＩＢでライン等の目印を加工してもよい。
【００６０】
次にＦＩＢによるマイクロサンプリングでＣＤ−ＳＥＭ観察箇所を含む領域をＳＴＥＭ試料に加工する（ステップＳ４０５）。ＦＩＢマイクロサンプリング法を用いると、サブミクロン領域の特定の箇所の断面を観察することが可能であるため、ＣＤ−ＳＥＭで観察した箇所そのものの断面を観察できる。すなわち、ＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状とを一対一で対応させることが可能となる。
【００６１】
また、ＣＤ−ＳＥＭ観察箇所（本実施例では７００ｎｍ）とＣＤ−ＳＥＭ未観察箇所の両方を含む領域でＳＴＥＭ試料を作製すれば、ＣＤ−ＳＥＭ観察前と観察後の両方の断面形状を同じＳＴＥＭ試料内で観察することが可能である。
【００６２】
ＳＴＥＭ観察用の試料の膜厚は２００ｎｍから５００ｎｍとする。ステップＳ４０１で電子線を照射した領域は、約７００ｎｍ角であり、ＳＴＥＭ試料の膜厚に対して充分に大きい。
【００６３】
ＦＩＢ加工では高加速のイオンビームを用いて試料を削っていくため、一般的に加工表面（この場合はレジスト断面）から約２０ｎｍの深さまでダメージが入ると言われている。レジスト断面の観察では、格子像を観察するわけではないため、試料をそれほど薄膜化する必要はない。したがって、観察する試料膜厚を２００ｎｍ以上となるよう比較的厚くすれば、観察領域に占めるダメージ層の割合が２割未満となるため、ＦＩＢ加工によるダメージの影響は問題にならないと考えられる。
【００６４】
また、ＳＴＥＭ観察は透過観察であるため、試料膜厚内のレジストの形状ばらつき分が積算された像が得られる。このためＳＴＥＭ試料が厚すぎると、レジスト形状のばらつきによって、見かけ上境界膜が厚く観察されるようになり、得られる形状に誤差が生じてしまうため、５００ｎｍ程度までの膜厚が望ましい。
【００６５】
次にＳＴＥＭのＺコントラストモードで、ステップＳ４０５で作製した断面試料を観察し、断面のＳＴＥＭ−Ｚコントラスト像を取得する（ステップＳ４０６）。ＳＴＥＭのＺコントラスト像は、ＳＴＥＭの暗視野観察において大きな散乱角を持つ透過電子のみを結像させて得られる像で、像のコントラストは、原子番号（Ｚ）に依存したものとなる（Ｚの２乗に比例）。また、１ｎｍ程度の高い分解能での観察が可能であるため、精度の高いレジスト形状の測定が可能である。
【００６６】
レジストパターン上にカーボンやレジスト等の有機材料系の保護膜を直接成膜した場合には、レジストパターンと保護膜のどちらも軽元素からなるため、Ｚコントラスト像ではほぼ同程度のコントラストとなってしまい、両者の境界が不明瞭となるが、レジスト上にレジスト材料よりも大きな原子番号の物質であるＨｆＯ２膜を境界膜として成膜すると、この境界膜を高コントラストなレジストの輪郭線として観察することができる。
【００６７】
断面ＴＥＭ観察はＣＤ−ＳＥＭと同様に試料に電子線を照射して測定する方法であるが、ＣＤ−ＳＥＭよりも観察時の加速電圧が高いこと、観察試料の膜厚が電子線の透過する厚さ（例えば２００ｎｍ程度）であることから、ＴＥＭ観察時に照射される電子はレジスト内に留まらず透過する。従って、ＳＴＥＭ観察ではＣＤ−ＳＥＭ観察時のようなレジストシュリンクは発生しない利点がある。
【００６８】
次に、ステップＳ４０６で得た断面のＳＴＥＭ−Ｚコントラスト像から、レジストの輪郭線を抽出し２次元データ化する（ステップＳ４０７）。レジストと保護膜との境界に、高コントラストの境界膜（ＨｆＯ２）が形成されているため、画像を２値化し、境界膜をたどることにより、輪郭線を抽出することができる。輪郭線の抽出には、様々なプログラムやソフトウエアを使用してもよい。  
以上の実施例により、ＣＤ−ＳＥＭで観察した箇所と同一箇所の断面形状を観察することが可能となり、シュリンクデータベースを形成することが可能となる。
【００６９】
本実施例では、ステップＳ４０１で一つの電子線照射条件で、一箇所電子線照射した例を示したが、一つの電子線照射条件で複数箇所を観察したり、複数の異なる電子線照射条件で複数箇所を観察したりした領域を、一つもしくは複数のＳＴＥＭ試料に加工しても構わない。この方法によれば、複数の電子線照射条件の形状を一つの試料内でＳＴＥＭ観察することも可能になることから、作業時間の短縮を図ることが可能となる。また、同一試料内での変化を調べることができるため、試料間ばらつきの影響のない、より精度の高い測定が可能となる。
【００７０】
本実施例では、境界膜としてＨｆＯ２膜を用いた例を示したが、ＳＴＥＭのＺコントラスト像でレジストとのコントラスト比が得られれば、ＨｆＯ２以外の膜を用いても、同様の効果が得られる。成膜方法としてはALD法に限らず、レジストパターンの側壁や底部にも成膜される方法であれば、適用可能である。
【００７１】
また、本実施例では第一の保護膜としてカーボン膜を用いたが、カーボン膜の代わりにレジストやＡｌ２Ｏ３など、ＳＴＥＭのＺコントラスト像でレジストと同程度のコントラストが得られる物質を用いても同様の効果が得られる。成膜方法としては、蒸着法に限らず、レジストへダメージを与えない方法であれば適用可能である。
【００７２】
次に図５のＳＴＥＭを用いた断面観察の模式図を使用して本実施例の断面観察方法を補足説明する。図５Ａはレジストサンプル５１０中の電子線照射領域５１１、５１２、５１３とＦＩＢにより薄膜化したＳＴＥＭ観察試料５１５の位置関係を示した例である。レジストパターンはＦＩＢによる電子線未照射領域５１４に垂直な方向に形成されている。
【００７３】
電子線照射条件は、観察倍率を２０万倍、電子線照射エネルギー５００Ｖで、電子線照射領域５１１、５１２、５１３に対し、電子線照射回数を６４回、２回、１６回とした。電子線照射領域の大きさは、約７００ｎｍ角で、電子線照射領域５１１と５１２、５１２と５１３の間隔は５００ｎｍである。電子線照射領域５１１、５１２、５１３では、シュリンクによる形状変化が生じているため、光学顕微鏡で位置を確認することができる。電子線照射条件は、本実施例の限りではない。照射箇所の数、配置、大きさも、ＦＩＢで加工するＳＴＥＭ試料に収まるように設定されればよい。
【００７４】
電子線照射領域５１１、５１２、５１３と電子線未照射領域５１４を含む領域をＦＩＢ加工してＳＴＥＭ観察試料５１５を作製することにより、異なる電子線照射条件の領域と電子線未照射領域とを一つのＳＴＥＭ試料内で観察することができる。
【００７５】
図５Ｂと図５ＣはＳＴＥＭ−Ｚコントラスト像の模式図である。電子線未照射領域５１４の断面が５２４の未照射領域断面であり、電子線照射領域５１１の断面が５２１、電子線照射領域５１２の断面が５２２、電子線照射領域５１３の断面が５２３にそれぞれ対応する。
【００７６】
Ｚコントラスト像は、原子番号（Ｚ）に依存したコントラストで得られるため、原子番号の近いカーボン蒸着膜（カーボン保護膜）５３１と、レジスト５３０とのコントラスト差は小さい。これに対して境界膜（ＨｆＯ２）５３２はレジスト５３０やカーボン保護膜５３１よりも原子番号の大きい元素で構成されているため、高いコントラスト（白）で観察される。このように、ＨｆＯ２膜５３２を境界膜として導入することにより、レジスト５３０の輪郭線を明瞭に観察することができる。
【００７７】
図５Ｂの拡大領域５２５を拡大した図が図５Ｃである。電子線照射領域の断面５２１のレジスト形状は、未照射領域の断面５２４のレジスト形状と相似形でシュリンクしているのではなく、レジストの中央付近がくびれた形状となっている。また、レジスト５３０下部の反射防止膜５３３も電子線照射領域５２１では、シュリンクしている。なお、本実施例では反射防止膜を設けた例を示したが、レジスト材料や膜厚、露光光の波長により必ずしも設ける必要はない。
【００７８】
このようにレジスト形状と反射防止膜形状が電子線照射によって変形していくため、単にシュリンクカーブの外挿ではシュリンク前形状の精度の高い推定は難しく、ＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との対応関係を調べること、電子線照射によるシュリンク形状の変化を調べることが、シュリンク前形状の推定には必須である。本実施例によれば、ＣＤ−ＳＥＭで観察した箇所の断面形状をダメージなしで観察することができるため、精度の高いシュリンクデータベースを形成することが可能となる。
【００７９】
図５Ｄは図５Ｃの境界膜（ＨｆＯ２）５３２でふちどられたレジストの輪郭線５４０を抽出した例である。Ｘ、Ｙの２次元データとしてレジスト形状を抽出することにより、レジスト形状の定量的な評価が可能となり、シュリンクデータベースの形成が可能となる。
【００８０】
図６Ａ、図６Ｂに本実施例の断面形状観察方法を適用して、レジスト形状測長値の測定回数依存性を調べた例を示す。図６Ａはレジスト断面形状の模式図であり、図６Ｂは測長値の測定回数依存性のグラフである。レジストパターン６０１の上部６０２、中部６０３、下部６０４各位置に対するレジスト幅の測長値の測定回数に対する変化をそれぞれ○６１２、◇６１３、△６１４で示している。このように、断面形状の定量的な評価が可能となったことから、測長値と測定回数（電子線照射量）との関係は、関数で表すことが可能となる。図６に示したレジスト幅だけでなく、レジスト高さやテーパー角やラウンド形状、裾引き形状の変化も同様に測定回数（電子線照射量）との関係を関数で表すことができる。これらの関数で表される関係により、シュリンクデータベースのシュリンクモデルを構成することが可能となる。
【００８１】
上記方法によりシュリンクデータベースを作成し、図２に示すＣＤ−ＳＥＭ装置を用いてレジストパターンのシュリンク前形状を推定し、推定したシュリンク前のレジストパターン形状と該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なったときの下地のパターン形状とを比較した結果、良好な対応関係が得られた。
【００８２】
以上、本実施例によれば、シュリンクデータベースを用いることにより、電子線照射によってシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際、前記パターンがシュリンクする前のパターン寸法を高精度に推定可能なシュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することができる。
【実施例２】
【００８３】
次に第２の実施例について図７及び図１０に基づき説明する。半導体基板上にＡｒＦ用のレジストによって形成された任意のパターンを複数点測定する例である。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００８４】
図７は、本実施例に係るシュリンク前形状推定方法のフロー図である。まず、初期値となる被測定パターンの形状データを得る。最初に、サンプル情報、装置情報を入力する（ステップＳ１１１）。サンプル情報は、サンプル名、レジストの材料、パターンの設計寸法、等のサンプルに関わる情報であるが、入力が可能な項目のみを入力すればよい。装置情報は、電子線の加速電圧や電流、走査方法、測定倍率等の測定条件である。
【００８５】
次に装置情報で入力した測定条件に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより、まず初期値として用いる被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像群を取得する（ステップＳ１１２）。ＡｒＦレジストはＣＤ−ＳＥＭ測定によりシュリンクするため、被測定パターンの同一箇所を複数回ＣＤ−ＳＥＭ測定して複数枚の画像を取得すると、シュリンク量の異なる複数枚のＣＤ−ＳＥＭ画像が得られる。例えば、測定条件を電子線のエネルギーを５００Ｖ、電流を８ｐＡ、倍率を２０万倍、電子線照射回数を４回、８回、１６回、３２回、６４回として、それぞれの電子線照射回数積算した画像を取得する。
【００８６】
この複数のＣＤ−ＳＥＭ測定の測定条件は、シュリンクデータベースを作成する際に取得したＣＤ−ＳＥＭ測定条件に含まれる条件であることが望ましい。取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像からそれぞれラインプロファイル等の画像の特徴量を取得する。ＣＤ−ＳＥＭ画像やラインプロファイルは、メモリに格納する。
【００８７】
次にあらかじめ作成しておいたシュリンクデータベースとステップＳ１１２で取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像とをパターンマッチング処理する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１２で取得した複数のＣＤ−ＳＥＭ画像から得たラインプロファイルなどの画像特徴量と、シュリンクデータベースとをパターンマッチング処理してもよい。パターンマッチング処理では、例えば、シュリンクデータベース中のシュリンクモデルやＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との相関モデル等へ、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像群やその特徴量をあてはめることによって、被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定することができる。パターンの形状は、二次元もしくは三次元、もしくは二次元、三次元の両方で画像表示することが可能であり、パターンの寸法としては、レジストの高さ、レジストの各高さに対する幅、上部のラウンド形状や下部の裾引き形状、テーパー角などを、オペレータの要求に応じて出力表示することが可能である。
【００８８】
パターンマッチングによって得られた被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法データをサンプル情報の初期値として入力する（ステップＳ１１４）。ここで入力するサンプル情報の初期値がステップＳ１１１で入力したサンプル情報と異なる場合は、ステップＳ１１４で入力した情報に置き換える。ステップＳ１１４で初期値となるパターンの形状データを入力することができるため、サンプル情報が不明なサンプルでも、精度のよい推定をすることが可能となる。
【００８９】
次に、ステップＳ１１２の被測定パターンとは異なる位置の被測定パターンへステージ移動させる（ステップＳ１１５）。ステップＳ１１５では、ステップＳ１１２で測定したパターンから別の被測定パターンへ移動すればよいため、ステージ移動ではなく、ビーム偏向を用いてもよい。また、ステップＳ１１２で測定したパターンと同等のプロセス工程により作成したサンプルであれば、サンプルを交換してもよい。
【００９０】
次にステップＳ１１２と異なる位置の被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像を１枚取得する（ステップＳ１１６）。取得したＣＤ−ＳＥＭ画像からラインプロファイル等の画像の特徴量を取得し、ＣＤ−ＳＥＭ画像やラインプロファイルは、メモリに格納する。測定条件は、例えば電子線のエネルギーを５００Ｖ、電流を８ｐＡ、倍率を２０万倍、電子線照射回数を１６回とするが、別の測定条件を適用してもよい。
【００９１】
ステップＳ１１４で入力したパターン形状の初期値とステップＳ１１６で取得したＣＤ−ＳＥＭ画像や画像の特徴量とシュリンクデータベースとをマッチング処理する（ステップＳ１１７）。このマッチング処理では、パターン形状の初期値がわかっているため、例えば、初期値からのずれを調整する処理のみとなる。
【００９２】
マッチング処理によって得られた被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を出力する（ステップＳ１１８）。パターンの形状は、二次元もしくは三次元、もしくは二次元、三次元の両方で画像表示することが可能であり、パターンの寸法としては、レジストの高さ、レジストの各高さに対する幅、上部のラウンド形状や下部の裾引き形状、テーパー角などを、オペレータの要求に応じて出力表示することが可能である。
【００９３】
ステップＳ１１９では、測定を終了させるか、継続するかの判断を行い、複数の被測定パターンを測定する場合には、Ｓ１１５からＳ１１８の各ステップをくりかえして、複数の被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を出力する。被測定パターンの数（繰り返し回数）や測定箇所の位置指定は、ステップＳ１１１で入力したり、測定条件のシーケンスとして設定しておいてもよい。
【００９４】
ステップＳ１１４でサンプル情報の初期値が入力されることから、ステップＳ１１６では、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像の取得が１枚でも、ステップＳ１１７においてシュリンクデータベースとのマッチングを充分に行うことができるため、測定時間の短縮を図ることができる。
【００９５】
ステップＳ１１６では、測定時間短縮のためにＣＤ−ＳＥＭ画像の取得を１枚としたが、ステップＳ１１２と同様に、電子線照射回数の異なる複数枚のＣＤ−ＳＥＭ画像を取得しても構わない。これによれば、測定時間は長くなるものの、ステップＳ１１７において、より精度の高いシュリンク前形状や寸法の推定が可能になる。
【００９６】
図１０に表示画面の例を示した。初期値のパターン形状表示（９２１）では、シュリンク前のパターン形状（９２２）やステップＳ１１２で取得した被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像に対応する初期値のシュリンク後のパターン形状（９２３）を表示する。図１０ではシュリンク前のパターン形状と複数のシュリンク後のパターン形状を重ね書きしているが、表示方法はこの限りではなく、パターン形状をそれぞれ個別に表示してもよい。またパターン形状は３次元表示としてもよく、二次元表示と三次元表示の両方で表示しても良い。
【００９７】
初期値の測長値表示（９２５）では、レジスト高さや任意のレジスト高さにおける幅、テーパー角などの初期値のパターン形状の数値表示（９２６）をする。レジスト幅の測長位置は、レジスト高さに対する割合の指定箇所（９０７）に入力することにより、測長したいレジスト高さに対する幅の値を出力することができる。レジスト幅の測長位置は３か所に限らない。測定位置が理解しやすいように、測長位置の模式図（９０４）を合わせて表示してもよい。
【００９８】
複数の被測定パターンのデータの中で、測長するチップや場所を、測長箇所指定表示（９１１）で指定する。ウエハマップ（９１２）上で位置を指定したり、測長箇所座標（９１３）を入力したりしてもよい。ウエハマップ上の位置と座標はどちらか一方を変えると、もう一方も追随して変わるように設定し、両者が同じ箇所を示すようにする。
【００９９】
パターン形状表示（９０１）には測長箇所指定表示で指定した場所のシュリンク前のパターン形状（９０２）を表示する。シュリンク前のパターン形状に測定位置が理解しやすいように、測定位置を矢印で示しても良い。パターン形状は３次元表示としてもよく、二次元表示と三次元表示の両方で表示しても良い。ステップＳ１１６で電子線照射回数の異なる複数枚のＣＤ−ＳＥＭ画像を取得した場合、パターン形状表示にシュリンク後のパターン形状も合わせて表示してもよい。
【０１００】
測長値表示（９０５）には、レジスト高さや任意のレジスト高さにおける幅、テーパー角などのパターン形状の数値表示（９０６）をする。レジスト幅の測長位置は、レジスト高さに対する割合の指定箇所（９０７）に入力することにより、測長したいレジスト高さに対するレジスト幅を出力することができる。レジスト幅の測長位置は３か所に限らない。また、出力選択（９１４）にチェックをつけた数値を、ウエハ面内分布や数値データのテキストファイルとして出力することもできる。
【０１０１】
上記方法によりシュリンクデータベースを作成し、図２に示すＣＤ−ＳＥＭ装置を用いてレジストパターンのシュリンク前形状を推定し、推定したシュリンク前のレジストパターン形状と該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なったときの下地のパターン形状とを比較した結果、良好な対応関係が得られた。
【０１０２】
以上、本実施例によれば、シュリンクデータベースを用いることにより、電子線照射によってシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際、前記パターンがシュリンクする前のパターン寸法を高精度に推定可能なシュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することができる。また、サンプル情報の初期値を用いることにより、測定時間の短縮を図ることができる。
【実施例３】
【０１０３】
次に第３の実施例について図８及び図１１に基づき説明する。半導体基板上にＡｒＦ用のレジストによって形成された任意のパターンを複数点測定する例である。なお、実施例１や２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【０１０４】
図８は、本実施例に係るシュリンク前形状推定方法のフロー図である。最初に、装置情報を入力する（ステップＳ１２１）。装置情報は、電子線の加速電圧や電流、走査方法、測定倍率等の測定条件である。
【０１０５】
次に被測定パターンの初期値となるサンプル情報を入力する（ステップＳ１２２）。入力する情報は、サンプル名、レジストの材料、パターンの設計寸法、等のサンプルに関わる情報である。リソシミュレータ等から得られる被測定パターンの形状データ等、できるだけ信頼性の高い情報を入力する。
【０１０６】
次に装置情報で入力した測定条件に基づいて、ＣＤ−ＳＥＭにより、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像を１枚取得する（ステップＳ１２３）。取得したＣＤ−ＳＥＭ画像からラインプロファイル等の画像の特徴量を取得し、ＣＤ−ＳＥＭ画像やラインプロファイルは、メモリに格納する。測定条件は、例えば電子線のエネルギーを５００Ｖ、電流を８ｐＡ、倍率を２０万倍、電子線照射回数を１６回とするが、別の測定条件を適用してもよい。
【０１０７】
ステップＳ１２２で入力したパターン形状の初期値とステップＳ１２３で取得したＣＤ−ＳＥＭ画像や画像の特徴量とシュリンクデータベースとをマッチング処理する（ステップＳ１２４）。このマッチング処理では、パターン形状の初期値がわかっているため、例えば、初期値からのずれを調整する処理のみとなる。
【０１０８】
パターンマッチング処理では、例えば、シュリンクデータベース中のシュリンクモデルやＣＤ−ＳＥＭ画像と断面形状との相関モデル等へ、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像群やその特徴量をあてはめることによって、被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を推定することができる。
【０１０９】
ステップＳ１２４で得られたシュリンク前の形状や寸法を出力する（ステップＳ１２５）。パターンの形状は、二次元もしくは三次元、もしくは二次元、三次元の両方で画像表示することが可能であり、パターンの寸法としては、レジストの高さ、レジストの各高さに対する幅、上部のラウンド形状や下部の裾引き形状、テーパー角などを、オペレータの要求に応じて出力表示することが可能である。
【０１１０】
ステップＳ１２６では、測定を終了させるか、継続するかの判断を行い、複数の被測定パターンを測定する場合には、Ｓ１２３からＳ１２５の各ステップをくりかえして、複数の被測定パターンのシュリンク前の形状や寸法を出力する。被測定パターンの数（繰り返し回数）や測定箇所の位置指定は、ステップＳ１２１で入力したり、測定条件のシーケンスとして設定しておいてもよい。
【０１１１】
ステップＳ１２２でサンプル情報の初期値が入力されることから、ステップＳ１２３では、被測定パターンのＣＤ−ＳＥＭ画像の取得が１枚でも、ステップＳ１２４においてシュリンクデータベースとのマッチングを充分に行うことができるため、測定時間の短縮を図ることができる。
【０１１２】
出力画面の例を図１１に示す。複数の被測定パターンのデータの中で、測長したい箇所を、測長箇所指定表示（９１１）で指定する。ウエハマップ（９１２）上で位置を指定したり、測長箇所座標（９１３）を入力したりしてもよい。ウエハマップ上の位置と座標はどちらか一方を変えると、もう一方も追随して変わるように設定し、両者が同じ箇所を示すようにする。
【０１１３】
パターン形状表示（９０１）にはシュリンク前のパターン形状（９０２）を表示する。シュリンク前のパターン形状に測定位置が理解しやすいように、測定位置を矢印で示しても良い。パターン形状は３次元表示としてもよく、二次元表示と三次元表示の両方で表示しても良い。
【０１１４】
測長値表示（９０５）には、レジスト高さや任意のレジスト高さにおける幅、テーパー角などのパターン形状の数値表示（９０６）をする。レジスト幅の測長位置は、レジスト高さに対する割合の指定箇所（９０７）に入力することにより、測長したいレジスト高さに対するレジスト幅を出力することができる。レジスト幅の測長位置は３か所に限らない。また、出力選択（９１４）にチェックをつけた数値を、ウエハ面内分布や数値データのテキストファイルとして出力することもできる。
【０１１５】
上記方法によりシュリンクデータベースを作成し、図２に示すＣＤ−ＳＥＭ装置を用いてレジストパターンのシュリンク前形状を推定し、推定したシュリンク前のレジストパターン形状と該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なったときの下地のパターン形状とを比較した結果、良好な対応関係が得られた。
【０１１６】
以上、本実施例によれば、シュリンクデータベースを用いることにより、電子線照射によってシュリンクする物質で形成されたパターンの形状や寸法をＣＤ−ＳＥＭで測定する際、前記パターンがシュリンクする前のパターン寸法を高精度に推定可能なシュリンク前形状推定方法およびＣＤ−ＳＥＭ装置を提供することができる。また、サンプル情報の初期値を用いることにより、測定時間の短縮を図ることができる。
【０１１７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置きかえることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
２０１…電子銃、２０２…一次電子、２０３…収束レンズ、２０４…絞り、２０５…偏向コイル、２０６…対物レンズ、２０７…サンプル、２０８…サンプルステージ、２２０…二次電子、２２１…二次電子検出器、２２２…Ａ／Ｄ変換器、５１０…サンプル、３１１…シュリンクデータベース、３１２…データ群、３１６…モデル、５１１…電子線照射領域、５１２…電子線照射領域、５１３…電子線照射領域、５１４…電子線未照射領域、５１５…ＳＴＥＭ観察試料、５２１…電子線照射領域５１１の断面、５２２…電子線照射領域５１２の断面、５２３…電子線照射領域５１３の断面、５２４…電子線未照射領域の断面、５２５…拡大領域、５３０…レジスト、５３１…カーボン保護膜、５３２…境界膜（ＨｆＯ２）、５３３…反射防止膜、５４０…レジストの輪郭線、６０１…レジストパターン、６０２…レジスト上部、６０３…レジスト中部、６０４…レジスト下部、６１２…レジスト上部の測長値の測定回数に対する変化、６１３…レジスト中部の測長値の測定回数に対する変化、６１４…レジスト下部の測長値の測定回数に対する変化、９０１…パターン形状表示、９０２…シュリンク前のパターン形状、９０３…シュリンク後のパターン形状、９０４…測長位置の模式図、９０５…測長値表示、９０６…パターン形状の数値表示、９０７…レジスト高さに対する割合の指定箇所、９１１…測長箇所指定表示、９１２…ウエハマップ、９１３…測長箇所座標、９１４…出力選択、９２１…初期値のパターン形状表示、９２２…初期値のシュリンク前のパターン形状、９２３…初期値のシュリンク後のパターン形状、９２５…初期値の測長値表示、９２６…初期値のパターン形状の数値表示。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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